TA2纯钛板的化学成分拉伸性能与焊接工艺

随着国家强制达标排放的实施，越来越多的火电厂开始配备湿法脱硫装置，湿烟气有强烈的腐蚀性，而原烟囱无法满足抗腐蚀要求。纯钛板因具有良好的抗蚀性而成为烟囱内筒材料的首选。在焊接过程中，钛板焊缝、热影响区在焊接热循环的影响下，机械性能和抗腐蚀性能等均会发生变化。本文以生产中被广泛使用的TA2钛板为对象，研究不同焊接条件下钛板的机械性能及抗腐蚀性能的变化。

１、试验材料及试验方法

试验材料用１.６mm厚的TA2纯钛板，化学成分及物理性能见表１。配套焊材为TA2焊丝，其化学成分及机械性能符合GB/T3623-2007《钛及钛合金丝》的要求[1]。

试验中的焊机选用瑞典伊萨公司TIG400型焊机，焊接工艺参数见表２。焊接气体采用纯度不低于99.99％的纯氩气。

焊接试件采用光学奥林帕斯显微镜进行微观组织分析，耐蚀性能采用浸泡失重法进行分析，浸泡失重测试采用的试样包含焊缝区、热影响区和母材。

为了更加真实地反映焊接件在实际工况下的耐腐蚀情况，焊接的正面与背面未经打磨，均保持原表面状态，侧面用5000目碳化硅砂纸打磨。浸泡所用溶液为模拟冷凝液，浸泡试验依据JB/T 7901-2001《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》和ASTMＧ31-72-2004《Standard Practice for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals》进行。

２、试验结果与分析

2.1　拉伸试验

焊接后的＃１，＃２，＃３试板正面呈现金黄色，背面呈浅灰色，显示了较好的焊接质量，这是由于采用了脉冲方法，降低了焊接热输入量；而＃４试板正面呈金黄色，背面呈深灰色，这是由于热输入量过大，造成焊缝背面氧化。

纯钛焊件的力学性能测试依据JB4744-2000《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》进行，每种焊接工艺分别取２个平行样，为保证拉伸试验更加客观，对薄板搭接头也进行了拉伸试验，取样方向为沿焊缝方向。试验结果见表３。结果表明，４种焊件的抗拉强度与母材相当，断裂部位均位于焊缝，这可能是由于焊缝区存在一定的缺陷且塑性较差而导致。焊缝断裂前均有一定程度的塑性变形，说明焊缝区试样仍具有一定的塑性。另外，４种搭接焊件拉伸测试的最大力也相近，说明试件力学性能差异不大。

进一步分析４种焊接工艺试样金相组织，如图１所示，与母材相比，焊缝区和热影响区的组织粗大，尤其是焊缝区，具有粗大的柱状晶组织，这是由于焊接过程中焊缝和热影响区经历了焊接热循环过程，造成晶粒长大。相比而言，#3和#3试板焊缝的晶粒粗大区较小，这是由于采用了脉冲焊接法，电流均值变小导致热输入量变小。

#4试板的晶粒区域最大，这说明＃２和＃３焊接工艺的焊接热输入量小，而＃４的焊接工艺的焊接热输入量最大。

2.2　浸泡试验结果及分析

浸泡失重试验只选用表２中的前３种工艺，每种工艺选用２块试样，试验数据见表４。从表４可以看出，浸泡２个月后，试板几乎没有失重，这可能是２种原因造成：一种是由于试样的正面、背面为焊接的原始状态，表面具有相对较厚的氧化膜，保护了内部金属的进一步溶解，所以试板几乎无失重；另一种是由于在浸泡过程中生成了氧化膜，根据ASTM标准，金属钛表面的氧化膜与基体结合非常牢固，很难用常规的化学或机械－化学方法去除，因此浸泡实验会使金属钛增重，就本实验而言，可能是试板生成氧化膜导致的增重与浸泡初期钛溶解导致的失重相当，使试板浸泡１个月后质量几乎不变。该实验表明，焊接件的母材区、热影响区和焊缝区均具有良好的耐蚀性。

３、结论

1）钛板在脉冲氩弧焊条件下焊接性良好，机械性能满足技术条件要求。接头在焊接热循环的作用下会发生晶粒长大。

2）接头抗腐蚀性能良好，焊接对接头耐腐蚀性能影响不大，接头与母材一样可满足技术条件要求。

参考文献：

[1] 钛及钛合金丝：GB/T 3623-2007. 

[2] 金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法：JB/T 7901-2001[S].

[3] Standard Practice for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals：ASTMG31-72-2004[S].  

[4] 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验：JB4744-2000[S]. 

[5] 高福洋，廖志谦，李文亚．钛及钛合金焊接方法与研究现状［Ｊ］．航空制造技术，2012（23）：86－90．

[6] 穆春艳．不同焊接工艺下TC4钛合金焊接接头的晶粒尺寸和微观组织变化[J]．铸造技术，2015，36（5）：1267-1269.

[7] 韦生，费东，田雷，等．钛及钛合金焊接工艺探讨[J]．焊接技术，2013（4）：79－81．

作者简介：

王凤蛟（1968—），男，黑龙江木兰人，高级工程师，从事火力发电厂生产技术研究工作（E_mail：hdwfj＠sina.cn）。

相关链接